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無線感測網路興起 ZigBee商機浮現
由於智慧化和自動化的市場需求不斷浮現,加上微機電(MEMS)這類微型工藝和無線通訊等技術的演進,使得無線感測網路(Wireless Sensor Network)應用正快步朝向商用化邁進,舉凡智慧家庭、智慧辦公室、工廠自動化,乃至於環境監測、健康醫療、軍事科技等眾多領域,都是無線感測網路得以發揮之處。
無線感測網路的架構從小至大可概分為感測單元、網路佈建以及後端資料接收處理,其中感測單元是散佈於預定區域內用來接收各類資訊的第一線裝置,其組成包含了感測器(Sensor)、處理器(Processor)、無線射頻(RFIC)、記憶體(RAM)、供電(Power Supply)這幾項基本元素,其中感測器可因應用途選擇不同功能,例如偵測溫度、溼度、光線、壓力、空氣等等,處理器則多半使用微控制器(MCU),並以電池供應電力。

排除這幾項固定元素,無線感測網路最大差異在於使用何種無線技術傳輸資料、構成網路,目前除了最為人熟知的ZigBee外,Z-Wave和Bluetooth Lite也是較有可能商用化的無線技術,其中Z-Wave是在2005年中由Zensys發起的規格,目前聯盟成員達到百家以上,採取封閉式標準,必須加入聯盟才能取得完整規格。

Z-Wave的規格僅支援歐洲的868MHz與北美的908MHz兩種頻段,傳輸率僅有9.6kbps,並採用8位元定址,同一無線感測網路範圍內容許的感測單元(節點)數量上限僅到256個(扣除規格限制後僅剩232個);相較之下,採開放式標準的ZigBee規格較為周全,支援的頻段包含歐洲的868MHz、美洲的915MHz、以及適用全球的2.4GHz(ISM)三種,傳輸速率則從20Kbps到250Kbps,可選用16位元短定址或64位元擴充定址,因此同一網路範圍內可容許的節點數量最少也有65,536個之多,對於一般性應用來說十分充裕。不過在降低耗電和晶片成本方面,Z-Wave則比ZigBee來得有優勢,但是兩者最大差異還是在於通訊協定堆疊(Stack),ZigBee的底層協定遵循IEEE 802.15.4,使之與其他IEEE 802.1x的相容性較佳,容易與IP網路介接,而且IEEE的官方背書也較具說服力,投入風險顯然較低;Z-Wave則是純粹由廠商自發的規格,底層協定並不跟隨任何官方標準,成敗可說幾乎完全繫於幾家領導廠商的作為,投入風險較高。

至於Bluetooth Lite雖然也可用於無線感測網路,而且也是與ZigBee同屬IEEE 802.15系列的官方標準,但是其Profile相對ZigBee較為複雜,必須使用較昂貴的高檔微控制器處理運算,同時耗電量也較高,加上同一網路範圍內僅能支援最多8個節點,實際應用上可能有捉襟見肘之虞,種種因素使其不甚適合運用於需要大量節點及大範圍佈建的無線感測網路。

RFID則是另一項可充當無線感測網路的既存技術,近來在國內積極推動無線感測網路應用的資策會網路多媒體研究所,原先也曾考量以RFID作為開發無線感測網路的技術基礎,但最終還是選擇了ZigBee作為骨幹技術。網多所經理陳文瑞解釋,RFID雖然無須使用電力,但距離一旦拉長將導致讀取成功率下降七到八成,故不太適合作為無線感測網路的骨幹技術。
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